Samenstelling en analyse van de verdeling van Bioaerosols onder verschillende omgevingsomstandigheden
January 7th, 2019
Inzicht in de biologische samenstelling van milieu zwevende deeltjes is belangrijk voor de studie van de significante effecten op de volksgezondheid en verspreiding van de ziekte. Hier, we drie soorten bioaerosol bemonsteringsmethoden en een biologische analyse van airborne microben gebruikt om beter verkennen vanuit de lucht microbiële gemeenschappen onder verschillende omgevingsomstandigheden.
Inzicht in de biologische samenstelling van de milieudeeltjes is belangrijk voor de studie van de significante effecten ervan op de menselijke gezondheid en de verspreiding van ziekten. In deze bioaerosol bemonsteringsmethode en -analyse kan een brede toepassing zijn op vele gebieden van studie, zoals milieubewaking en detectie van pathogenen in de lucht. Om het totale aantal deeltjes te bepalen, rust u eerst een laserdeeltjesteller in de lucht uit met een sensor om de temperatuur en relatieve vochtigheid te controleren.
Verzamel vervolgens de deeltjesstof via de luchtbemonsteringspoort op de bovenkant van de laserdeeltjesteller in de lucht en gebruik de testmodules in de sampler om de grootte van elke klasse deeltjes tegelijkertijd om de vijf minuten te meten. Om deeltjesmonsters te verzamelen door cyclonale aerosolmonsternemers, stelt u een cyclonale aerosolmonsternemer in om een monsterstroom van 323 liter per minuut gedurende een verzamelingsperiode van zes uur te verzamelen en de automatische reinigingsfunctie te gebruiken om de binnenkant van de monsternemer drie keer met steriel water te wassen. Plaats vervolgens de sampler alleen op een plank of vloer en start de collectie.
Bewaar aan het einde van de inzamelingsperiode alle monsters op 20 graden Celsius, beschermd tegen licht, tot hun analyse. Voor het verzamelen van zwevende deeltjes door filters u een luchtmonsternemer met een hoog volume uitrusten met filters van 20,32 x 25,4 vierkante centimeter en het monster instellen op een stroomsnelheid van 1.000 liter per minuut voor de juiste inzamelperiode. Bewaar aan het einde van de inzamelingsperiode alle monsters op 20 graden Celsius, beschermd tegen licht, tot hun analyse.
Voor biologische samenstellingsanalyse van filtergegende monsters plaatst u elk filter in een conische buis van 50 milliliter met het naar binnen gerichte monster en de achterkant van het filter naar de buiswand gericht. Voeg 10 kralen in het centrale gebied van elke buis naar de zijkant van het filter met het monster en vortex de buis gedurende 15 minuten bij kamertemperatuur. Breng de vloeistof van elke buis over in nieuwe buizen van 50 milliliter en versterk het V1-naar-V3-gebied van het bacteriële 16S recombinant DNA en het ITS-gebied van het schimmelrecombinant RNA operon door polymerasekettingreactie volgens standaardprotocollen.
Voor de bemonstering en teelt van culturable bacteriën en schimmels in de lucht, zet een internationale standaard Andersen zes-fase sampler tot een stroomsnelheid van 28,3 liter per minuut voor een 35 minuten collectie periode en plaats een soja-casein verteren agar cultuur plaat in elke fase van de sampler. Bemonster de zes fasen met de Andersen zestraps sampler zoals gedefinieerd door de aërodynamische diameters van de deeltjes in de lucht, waarbij de bacteriële deeltjes op de kweekplaten worden afgezet terwijl ze worden verzameld. Kweek de in de lucht bacteriën collectie platen op 37 graden Celsius gedurende 24 tot 48 uur voor het tellen van de kolonie vormen eenheden van bacteriën op elke monster plaat voor elke fase.
Na 48 tot 72 uur cultuur, verzamel de bacteriën van elke plaat in twee milliliter centrifugebuizen en extraheer het DNA met een multi-source DNA-extractiekit volgens standaardprotocollen. In deze representatieve steekproef van een melkveebedrijf was de concentratie aërosoldeeltjes het hoogst in december en het laagst in oktober, mogelijk als gevolg van veranderingen in temperatuur en vochtigheid. De concentratie van de inhaleerbare aerosoldeeltjes die in staat zijn de diepe luchtwegen te bereiken, was goed voor meer dan 99% van de totale deeltjesconcentratie die ernstige potentiële gevaren voor mens en dier veroorzaakt.
Hier, analyse van de bioaerosol monsters verzameld tijdens wazige dagen op de campus van Het Instituut voor Technologie van Peking op 20 december 2016, geeft aan dat de cyclonale aerosol sampler verzamelde veel meer geslachten van bacteriën dan de hoge volume lucht sampler met filters. Beide samplers toonden een gelijke inzamelingsefficiency en bijna het zelfde aantal geslachtovervloeden voor paddestoeleninzameling nochtans aan. Zoals geïllustreerd in deze figuur, kan een Andersen zes-fase sampler worden gebruikt om de verschillende soorten in de lucht culturable bacteriën aanwezig in verschillende omgevingen te verzamelen, zoals in de vier verschillende soorten biggetjes beoordeeld in deze studie.
De verdere cultuur van de steekproeven in de lucht openbaarde dat de inhoud van de verschillende overheersende bacteriënnestra's tussen de verschillende faciliteiten varieerden. Er zijn vele factoren, zoals temperatuur, vochtigheid, bioaerosolconcentratie en de omgevingsomstandigheden waarmee rekening moet worden gehouden bij de beoordeling van het type aerosolbemonsteringsmethode. Metagenomics kan ook worden gebruikt om de genetische informatie als geheel te verkrijgen zonder de noodzaak om individuele organismen te scheiden.
Onze protocollen en onze resultaten kunnen andere onderzoekers over de hele wereld helpen om de gezondheidseffecten van schimmel- en bacteriële bioaerosolen onder verschillende omgevingsomstandigheden verder te onderzoeken.
Overzicht
Deze studie onderzoekt de biologische samenstelling van omgevingsdeeltjes en de gevolgen ervan voor de menselijke gezondheid en de verspreiding van ziekten. Met behulp van verschillende bioaerosol-bemonsteringsmethoden onderzoekt het onderzoek luchthartige microbiële gemeenschappen onder verschillende omgevingsomstandigheden.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Omgevingswetenschappen
- Microbiologie
- Volksgezondheid
Achtergrond
- Omgevingsdeeltjes kunnen een significante impact hebben op de gezondheid.
- Bioaerosols omvatten luchtmicroben die de verspreiding van ziekten kunnen beïnvloeden.
- Het begrijpen van hun samenstelling is cruciaal voor milieubewaking.
- Bemonsteringsmethoden kunnen variëren op basis van omgevingscondities.
Doel van het onderzoek
- Om luchtmicrobiële gemeenschappen te analyseren.
- Om de effectiviteit van verschillende bioaerosol-bemonsteringsmethoden te beoordelen.
- Om de gezondheidseffecten van bioaerosols onder verschillende condities te onderzoeken.
Gebruikte methoden
- Luchtlaserdeeltjesteller voor totaal deeltjesaantal.
- Cycloonluchtdeeltjesstellers voor het verzamelen van omgevingsdeeltjes.
- Grote luchtvolumestellers met filters voor analyse van biologische samenstelling.
- Andersen zes-trapssteller voor kweekbare luchtzwermbacteriën en schimmels.
Belangrijkste resultaten
- Concentratie van aerosoldeeltjes varieerde per maand.
- Cycloonsttellers verzamelden meer bacteriegenera dan grote luchtvolumestellers.
- Beide sttellers vertoonden een vergelijkbare efficiëntie voor schimmelverzameling.
- Omgevingsfactoren hadden invloed op de resultaten van de aerosolbemonstering.
Conclusies
- Verschillende bemonsteringsmethoden leveren verschillende resultaten op voor microbiële gemeenschappen.
- Omgevingscondities hebben een significante invloed op de aerosolconcentraties.
- De bevindingen kunnen helpen bij het begrijpen van de gezondheidseffecten van bioaerosols.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Understanding bioaerosol composition supports environmental health risk assessment and pathogen surveillance in occupational and public health settings. The protocol enables comparative evaluation of sampling methods under varying environmental conditions, informing method selection for reproducible airborne microbiological analysis. This contributes to mechanistic de-risking in early discovery by clarifying bioaerosol variability that may influence toxicological or infectious disease models.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of microbial diversity in environmental samples to support hypothesis generation around airborne pathogen exposure.
- Operational Value: Provides standardized collection procedures for culturable and unculturable microorganisms across different samplers.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Facilitates preparation of samples for downstream molecular analysis such as 16S rDNA and ITS sequencing.
- Operational Value: Supports assay standardization through defined flow rates, collection times, and storage conditions.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Offers disease-relevant systems for studying inhalation exposure models and mucosal immune responses.
- Operational Value: Enables longitudinal monitoring of bioaerosol dynamics in controlled or field environments.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within discovery biology workflows by providing characterized biological inputs for downstream screening or model validation.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing regarding airborne microbial contributions to cellular stress or inflammatory pathways.
- Screening: Delivers standardized particulate matter extracts suitable for cytotoxicity or immune activation assays.
- Analytics: Generates quantitative microbial abundance data via sequencing and CFU counting for comparative condition analysis.
- Translational Research: Connects environmental sampling to preclinical models of respiratory or systemic exposure.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable sampling and analytical framework applicable across sites and seasons.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by capturing both culturable and molecular signatures of airborne microbes.
- Operational Value: Ensures reproducibility through standardized sampler calibration, flow control, and blinded sample handling.
- Strategic Value: Reduces biological uncertainty in environmental risk models, supporting go/no-go decisions in target validation.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of compounds or models based on bioaerosol exposure potential.
Implementation Considerations
- Requires expertise in aerobiology, molecular microbiology, and environmental sampling.
- Depends on access to particle counters, aerosol samplers, cold storage, and PCR/sequencing infrastructure.
- Necessitates cross-team alignment on sampling timing, environmental metadata, and contamination controls.
- Involves adaptation considerations for sampler performance across temperature, humidity, and particulate load conditions.
- Limited by culture-dependent methods capturing <1% of total microbial diversity, necessitating molecular complement.
